JP2002222887A - Package for storing semiconductor device - Google Patents

Package for storing semiconductor device

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JP2002222887A
JP2002222887A JP2001019157A JP2001019157A JP2002222887A JP 2002222887 A JP2002222887 A JP 2002222887A JP 2001019157 A JP2001019157 A JP 2001019157A JP 2001019157 A JP2001019157 A JP 2001019157A JP 2002222887 A JP2002222887 A JP 2002222887A
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate such a problem associated with the conventional base formed of one-directional carbon fiber that a great quantity of heat generated by a semiconductor device cannot be sufficiently transmitted to the bottom surface side, leading to malfunction and thermal destruction of the semiconductor device due to heat or the flattened periphery of a screwing section of the base when the base is screwed to an external device. SOLUTION: A package comprises the base 1 having on the top surface a mounting section 1a for the semiconductor device 2, a frame body 3 which is so installed as to surround the mounting section 1a and has an installation section 3a for an input/ output terminal 4 which is constituted of a through hole or notch, and the input/output terminal 4 set in the installation section 3a. The base 1 comprises a basic material A formed of a metal carbon composite material consisting of a carbon fiber dispersed in a carbon base material 1b and metal having a coefficient of thermal conductivity of 350 W/m.K or above. A metal layer B consists of an adhesive layer 6 made of steel or stainless steel and a copper layer 7 which are deposited in this order from the base material A side on the top and the bottom surface of the base material A, and a copper plating layer 8 deposited on the metal layer B and the remaining part of the base material A.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、IC,LSI等の
半導体集積回路素子、電界効果型トランジスター(FE
T)などの半導体素子を収容するための半導体素子収納
用パッケージに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device such as an IC or an LSI, and a field effect transistor (FE).
The present invention relates to a semiconductor device housing package for housing a semiconductor device such as T).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体素子収納用パッケージ(以
下、半導体パッケージという)の一種である光半導体パ
ッケージを図3に示す。同図の(a),(b),(c)
は、それぞれ光半導体パッケージの平面図,断面図,部
分拡大断面図である。尚、同図において、光ファイバー
と光ファイバーを取り付けるための筒状の固定部材を省
略している。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows an optical semiconductor package which is a kind of a conventional package for housing a semiconductor element (hereinafter referred to as a semiconductor package). (A), (b), (c) of FIG.
1 is a plan view, a sectional view, and a partially enlarged sectional view of an optical semiconductor package, respectively. In the figure, the optical fiber and a cylindrical fixing member for attaching the optical fiber are omitted.

【0003】この光半導体パッケージは、上面に光半導
体素子105がペルチェ素子等の熱電冷却素子Cを介し
て載置される載置部104を有する基体102と、載置
部104を囲繞するようにして取着されるとともに側部
に貫通孔または切欠部からなる取付部を有する枠体10
7と、取付部に嵌着された入出力端子108とを具備し
たものである。
In this optical semiconductor package, a base 102 having a mounting portion 104 on which an optical semiconductor device 105 is mounted via a thermoelectric cooling element C such as a Peltier device is provided on the upper surface, and the mounting portion 104 is surrounded. Frame 10 having a mounting portion formed of a through hole or a cutout on the side and attached at the side.
7 and an input / output terminal 108 fitted to the mounting portion.

【0004】また、この光半導体パッケージにおいて
は、炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料109
の上下面に、例えば、第1層としてクロム(Cr)−鉄
(Fe)合金層、第2層として銅(Cu)層、第3層と
して鉄(Fe)−ニッケル(Ni)合金層もしくは鉄
(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金層
の3層構造を有する金属層B1が被着された放熱板10
1が、枠状の基体102の内側に嵌着されて光半導体素
子の載置部104を構成している。そして、放熱板10
1と枠状の基体102と枠体107と蓋体103とから
なる容器内部に光半導体素子105を気密に封止するこ
とにより光半導体装置となる(特開2000−1507
45号公報参照)。
Further, in this optical semiconductor package, a unidirectional composite material 109 in which carbon fibers are bonded with carbon.
For example, a chromium (Cr) -iron (Fe) alloy layer as a first layer, a copper (Cu) layer as a second layer, and an iron (Fe) -nickel (Ni) alloy layer or iron as a third layer Heat sink 10 on which metal layer B1 having a three-layer structure of (Fe) -nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy layer is adhered
1 is fitted inside a frame-shaped base 102 to form a mounting portion 104 of the optical semiconductor element. And the heat sink 10
An optical semiconductor device is obtained by hermetically sealing the optical semiconductor element 105 inside a container formed of a substrate 1, a frame-shaped base 102, a frame 107 and a lid 103 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-1507).
No. 45).

【0005】上記従来例では、放熱板101は光半導体
素子105の載置部104を形成し、炭素繊維が上面側
から下面側に向かう方向に配列して成る。また、放熱板
101は、金属層B1の被着がなければ光半導体素子1
05の載置面に平行な方向の熱膨張係数は約7ppm/
℃(×10-6/℃)であるが、その方向の弾性率が約7
GPaと小さいことから、金属層B1の被着により放熱
板101の熱膨張係数を変えることができ、よってその
熱膨張係数は10〜13ppm/℃に調整されている。
また、その熱伝導率は、光半導体素子105の載置面に
平行な方向、即ち炭素繊維を炭素で結合した一方向性複
合材料109における炭素繊維の方向に直交する方向の
熱伝導率が30W/m・K以下であるのに対して、炭素
繊維の方向では300W/m・K以上であるとしてい
る。
In the above conventional example, the heat radiating plate 101 forms the mounting portion 104 of the optical semiconductor element 105, and the carbon fibers are arranged in the direction from the upper surface to the lower surface. In addition, the heat sink 101 is provided with the optical semiconductor element 1 if the metal layer B1 is not adhered.
05 has a thermal expansion coefficient of approximately 7 ppm /
° C (× 10 -6 / ° C), but the elastic modulus in that direction is about 7 ° C.
Since it is as small as GPa, the thermal expansion coefficient of the radiator plate 101 can be changed by applying the metal layer B1, and the thermal expansion coefficient is adjusted to 10 to 13 ppm / ° C.
The thermal conductivity is 30 W in the direction parallel to the mounting surface of the optical semiconductor element 105, that is, the direction perpendicular to the direction of the carbon fibers in the unidirectional composite material 109 in which carbon fibers are bonded with carbon. / M · K or less, but 300 W / m · K or more in the direction of the carbon fiber.

【0006】そして、放熱板101は、熱膨張係数が1
0〜13ppm/℃(室温〜800℃)の鉄(Fe)−
ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金や鉄(Fe)
−ニッケル(Ni)合金等から成る枠状の基体102の
貫通孔に、例えばAgロウ等のロウ材で嵌着されて光半
導体素子105の載置部104となる。これにより、光
半導体素子105が発する熱を熱電冷却素子Cを介して
外部に放散する機能を有するものとなる。
The heat radiation plate 101 has a coefficient of thermal expansion of 1
0 to 13 ppm / ° C (room temperature to 800 ° C) iron (Fe)-
Nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy and iron (Fe)
-The mounting portion 104 of the optical semiconductor element 105 is fitted into a through hole of the frame-shaped base 102 made of a nickel (Ni) alloy or the like with a brazing material such as Ag brazing. This has a function of dissipating the heat generated by the optical semiconductor element 105 to the outside via the thermoelectric cooling element C.

【0007】放熱板101は、上述したように、放熱材
料として一般的に用いられている銅(Cu)−タングス
テン(W)合金や銅(Cu)−モリブデン(Mo)合金
に比して、炭素繊維が放熱板101の上面側から下面側
に向かう方向に配列していることにより、この方向に大
きな熱伝導率を有している。放熱板101を用いた光半
導体パッケージに収容された光半導体素子105が作動
時に発する熱は、放熱板101の炭素繊維の方向に対し
て直交する方向の熱伝導率が30W/m・K以下である
ことから、放熱板101の主面に平行な方向には実質的
にほとんど伝わらないこととなる。
As described above, the radiating plate 101 is made of carbon, compared to a copper (Cu) -tungsten (W) alloy or a copper (Cu) -molybdenum (Mo) alloy, which is generally used as a radiating material. Since the fibers are arranged in a direction from the upper surface side to the lower surface side of the heat radiating plate 101, the heat radiating plate 101 has a large thermal conductivity in this direction. When the optical semiconductor element 105 housed in the optical semiconductor package using the heat radiating plate 101 operates, the heat generated when the heat conductive in the direction orthogonal to the direction of the carbon fiber of the heat radiating plate 101 is 30 W / m · K or less. Therefore, it hardly transmits substantially in the direction parallel to the main surface of the heat sink 101.

【0008】よって、光半導体素子105が作動時に発
する熱は、選択的に炭素繊維の配列方向、即ち放熱板1
01の上面側から下面側にかけて伝達されるとともに下
面側から大気中に放散されることとなる。その結果、光
半導体素子105は常に適温となり、光半導体素子10
5を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが可
能になる。上記従来例では、大気中に熱が放散されると
ともに、光半導体パッケージが密着固定される外部装置
を介して熱が外部に放散されることは明らかである。
Therefore, the heat generated by the operation of the optical semiconductor element 105 is selectively generated in the direction in which the carbon fibers are arranged, that is, the heat radiation plate 1.
01 is transmitted from the upper surface side to the lower surface side and is radiated into the atmosphere from the lower surface side. As a result, the optical semiconductor element 105 always has an appropriate temperature, and the optical semiconductor element 10
5 can be operated normally and stably for a long period of time. In the above conventional example, it is clear that the heat is radiated to the atmosphere and the heat is radiated to the outside via an external device to which the optical semiconductor package is fixedly adhered.

【0009】また、光半導体素子105の作動時に発す
る熱が基体102と枠体107に加わった場合に、基体
102と枠体107の材質が同一であり、よって熱膨張
係数がいずれも約10〜13ppm/℃であることか
ら、両者間に大きな熱応力が発生することはない。ま
た、たとえ小さな熱応力が発生したとしても、放熱板1
01の炭素繊維方向に直交する方向の弾性率が極めて小
さいことから、放熱板101が適度に変形することで枠
体107との間に発生する熱応力が緩和される。従っ
て、基体102上に枠体107を極めて強固に取着して
おくことが可能になる。
When the heat generated during the operation of the optical semiconductor element 105 is applied to the base 102 and the frame 107, the base 102 and the frame 107 are made of the same material. Since it is 13 ppm / ° C., a large thermal stress does not occur between them. Further, even if a small thermal stress is generated, the heat sink 1
Since the elastic modulus in the direction orthogonal to the direction of the carbon fiber of No. 01 is extremely small, the thermal stress generated between the heat radiating plate 101 and the frame 107 is moderated by appropriately deforming the heat sink 101. Therefore, the frame 107 can be very firmly attached to the base 102.

【0010】よって、基体102と放熱板101と枠体
107と蓋体103とから成る光半導体パッケージの気
密封止を完全として、内部に収容される光半導体素子1
05を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが
可能になる。
Therefore, the optical semiconductor package 1 including the base 102, the heat radiating plate 101, the frame 107, and the lid 103 is completely hermetically sealed, and the optical semiconductor element 1 housed therein.
05 can be operated normally and stably for a long period of time.

【0011】この光半導体パッケージの放熱構造は、大
量の熱を発するLSIやFET等を収容する半導体パッ
ケージにも適用できることは勿論である。
The heat dissipation structure of the optical semiconductor package can of course be applied to a semiconductor package accommodating an LSI, an FET or the like which generates a large amount of heat.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光半導
体素子105の発する熱量が大きく、放熱板101の熱
伝達の限界を超えた場合に、熱は放熱板101に蓄熱さ
れて放熱板101の温度が上昇する場合がある。この場
合、放熱板101の熱が熱電冷却素子Cを介して光半導
体素子105に加わり、光半導体素子105の温度が上
昇して光半導体素子105が誤動作する、あるいは光半
導体素子105が熱破壊するという問題が発生してい
た。
However, when the amount of heat generated by the optical semiconductor element 105 is large and exceeds the limit of heat transfer of the heat radiating plate 101, the heat is stored in the heat radiating plate 101 and the temperature of the heat radiating plate 101 becomes lower. May rise. In this case, the heat of the heat radiating plate 101 is applied to the optical semiconductor element 105 via the thermoelectric cooling element C, and the temperature of the optical semiconductor element 105 rises, causing the optical semiconductor element 105 to malfunction or the optical semiconductor element 105 to be thermally destroyed. The problem had occurred.

【0013】また、光半導体パッケージを外部装置にネ
ジ止めにより密着固定させるために剛性の高いFe−N
i−Co合金やFe−Ni合金等からなる枠状の基体1
02を用いており、放熱板101はこの基体102の貫
通孔にAgロウなどのロウ材を介して嵌着されている。
そして、光半導体パッケージを別体の外部装置にネジ止
め部106でネジを通して締め付けることにより密着固
定し、光半導体素子105が発する熱を外部装置を介し
て外部に放散する。
Further, in order to fix the optical semiconductor package to an external device by screwing, a highly rigid Fe-N
Frame-shaped substrate 1 made of i-Co alloy, Fe-Ni alloy, or the like
The heat radiating plate 101 is fitted into the through hole of the base 102 via a brazing material such as Ag brazing.
Then, the optical semiconductor package is tightly fixed to a separate external device by screwing it with a screw portion 106, and the heat generated by the optical semiconductor element 105 is radiated to the outside via the external device.

【0014】ところが、放熱板101を枠状の基体10
2の貫通孔に嵌着するに際して、放熱板101の外周面
と貫通孔の内面との隙間は、その大きさにバラツキがあ
る場合がある。この場合、ロウ材で放熱板101を貫通
孔にロウ付けすると、ロウ材の溜り状態が不均一となる
ことがあり、その結果光半導体パッケージの気密封止が
損なわれることがあった。
However, the heat radiation plate 101 is connected to the frame-shaped base 10.
When fitting into the second through hole, the size of the gap between the outer peripheral surface of the heat sink 101 and the inner surface of the through hole may vary. In this case, when the heat radiating plate 101 is brazed to the through-hole with a brazing material, the state of accumulation of the brazing material may be uneven, and as a result, the hermetic sealing of the optical semiconductor package may be impaired.

【0015】そこで、放熱板101自体を基体として用
いる光半導体パッケージが考えられるが、外部装置への
ネジ止めの際に、放熱板101を構成する一方向性複合
材料109が一方向性の炭素繊維を厚さ方向に揃えて、
これを炭素で結合したものであることから、本質的にそ
の圧縮強度が金属に比べて桁違いに小さい。そのため、
ネジによる締め付け時に放熱板101のネジ止め部10
6が厚さ方向に潰れてしまう場合があった。従って、光
半導体パッケージを外部装置に強い締め付け力で密着固
定できなくなり、光半導体素子105が発する熱が十分
に放散されなくなる場合があるという問題点があった
(特開2000−150746号参照)。
Therefore, an optical semiconductor package using the heat radiating plate 101 itself as a base is conceivable. When screwing to an external device, the unidirectional composite material 109 constituting the heat radiating plate 101 is made of a unidirectional carbon fiber. Are aligned in the thickness direction,
Since this is bonded by carbon, its compressive strength is essentially significantly lower than that of metal. for that reason,
Screw fastening portion 10 of heat sink 101 when tightening with screws
6 was sometimes crushed in the thickness direction. Therefore, there has been a problem that the optical semiconductor package cannot be closely fixed to the external device with a strong fastening force, and the heat generated by the optical semiconductor element 105 may not be sufficiently dissipated (see JP-A-2000-150746).

【0016】本発明は、上記問題点に鑑み完成されたも
のであり、その目的は、半導体素子が発する熱を放熱板
を介して効率よく半導体パッケージの外部に放散して半
導体パッケージ内部に収容する半導体素子を長期間に亘
り正常かつ安定に作動させるとともに、半導体パッケー
ジを外部装置に密着固定させるためのネジ締め時におい
て厚さ方向に潰れることのないものを提供することにあ
る。
The present invention has been completed in view of the above problems, and an object of the present invention is to efficiently dissipate heat generated by a semiconductor element to the outside of a semiconductor package through a heat sink and house the heat inside the semiconductor package. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that operates normally and stably for a long period of time, and that does not collapse in the thickness direction when tightening a screw for tightly fixing a semiconductor package to an external device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体パッケー
ジは、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基
体と、前記載置部を囲繞するようにして取着されるとと
もに貫通孔または切欠部から成る入出力端子の取付部を
有する枠体と、前記取付部に嵌着された前記入出力端子
とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前
記基体は、炭素質母材内に分散された炭素繊維および熱
伝導率が350W/m・K以上の金属から成る金属炭素
複合体を基材とし、該基材の上下面に前記基材側から鉄
またはステンレススチールから成る接着層および銅層を
積層した金属層が形成され、さらに前記基材の前記金属
層およびその残部に銅メッキ層が被着されていることを
特徴とする。
A semiconductor package according to the present invention is provided with a base having a mounting portion on which a semiconductor element is mounted on an upper surface, and a through hole which is attached so as to surround the mounting portion. Alternatively, in a semiconductor device housing package including a frame having an input / output terminal attachment portion formed of a cutout portion and the input / output terminal fitted to the attachment portion, the base is provided in a carbonaceous base material. A metal-carbon composite comprising a dispersed carbon fiber and a metal having a thermal conductivity of 350 W / m · K or more as a base material; A metal layer in which a copper layer is laminated is formed, and a copper plating layer is applied to the metal layer of the base material and the remainder thereof.

【0018】本発明の半導体パッケージによれば、基体
を構成する基材が炭素質母材内にランダムな方向で分散
された一方向性の炭素繊維および熱伝導率が350W/
m・K以上の金属とから成る金属炭素複合体であり、半
導体素子から基材に伝わった熱は、金属炭素複合体によ
り基材内部においてランダムな経路を辿りながら基体の
下面および側部に伝わることになる。そして、基体の側
面に伝わった熱はその表面の銅メッキ層を介して下面へ
と伝わり、よって基体の下面からの熱放散により半導体
素子の温度を適正な温度にすることが可能になる。その
結果、半導体素子を常に適温として、半導体素子を長期
間に亘り正常かつ安定に作動させることが可能になる。
According to the semiconductor package of the present invention, the base material constituting the base is made of unidirectional carbon fibers dispersed in a carbonaceous base material in random directions and has a thermal conductivity of 350 W /
a metal-carbon composite composed of a metal of m · K or more, and the heat transmitted from the semiconductor element to the substrate is transmitted to the lower surface and side portions of the substrate while following a random path inside the substrate by the metal-carbon composite Will be. Then, the heat transmitted to the side surface of the base is transmitted to the lower surface via the copper plating layer on the surface, so that the temperature of the semiconductor element can be adjusted to an appropriate temperature by dissipating the heat from the lower surface of the base. As a result, the semiconductor element can always be kept at an appropriate temperature, and the semiconductor element can be normally and stably operated for a long period of time.

【0019】このようにして、本発明による基体は炭素
質母材内に分散された炭素繊維および熱伝導率が350
W/m・K以上の金属から成る金属炭素複合体を基材と
していることから、弾性率は極めて小さく、また被着さ
れた金属層によって半導体素子の載置面に平行な方向の
熱膨張係数が10〜13ppm/℃(室温〜800℃)
に調整されていることから、半導体素子が発する熱によ
って基体と半導体素子との接合部、および基体と枠体と
の間で熱応力が発生したとしても、これらの熱応力は基
体が適度に変形することにより緩和される。
Thus, the substrate according to the present invention has a carbon fiber dispersed in a carbonaceous matrix and a thermal conductivity of 350.
Since the base material is a metal-carbon composite composed of a metal of W / m · K or more, the modulus of elasticity is extremely small, and the coefficient of thermal expansion in the direction parallel to the mounting surface of the semiconductor element by the deposited metal layer. Is 10 to 13 ppm / ° C (room temperature to 800 ° C)
Therefore, even if thermal stress is generated between the junction between the base and the semiconductor element and between the base and the frame due to the heat generated by the semiconductor element, these thermal stresses cause the base to be deformed appropriately. It is alleviated by doing.

【0020】また、金属塊が炭素質母材内に分散されて
いるので基体の圧縮強度が実質的に大きくなり、基体を
外部装置にネジ止めする際に発生する押圧力や圧縮応力
が基体の表面に加わった場合に、基体が押圧力や圧縮応
力に対してつぶれ難くなる。従って、例えばマザーボー
ド等の外部装置に基体をネジで締め付けて密着固定する
に際して、基体が厚さ方向に潰れることにより締め付け
が緩くなって密着固定が不十分となり、外部への熱放散
性が損なわれるといった不具合が解消される。
Further, since the metal lump is dispersed in the carbonaceous base material, the compressive strength of the base is substantially increased, and the pressing force and the compressive stress generated when the base is screwed to the external device are reduced. When applied to the surface, the substrate is less likely to be crushed by a pressing force or a compressive stress. Therefore, for example, when the base is fastened to an external device such as a motherboard with a screw by screwing, the base is crushed in the thickness direction, so that the tightening is loosened and the tight fixing is insufficient, and the heat dissipation to the outside is impaired. Such a problem is solved.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の半導体パッケージを以下
に詳細に説明する。図1、図2は本発明の半導体パッケ
ージについて実施の形態の一例を示すものであり、図1
は半導体パッケージの断面図、図2は半導体パッケージ
の基体の部分拡大断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The semiconductor package of the present invention will be described in detail below. 1 and 2 show an example of an embodiment of a semiconductor package according to the present invention.
2 is a sectional view of a semiconductor package, and FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of a base of the semiconductor package.

【0022】図1において、1は基体、1aは半導体素
子2の載置部、2はIC,LSI,FET等の半導体素
子、3は枠体、3aは枠体3に設けられた入出力端子4
の取付部である。主に基体1と枠体3と蓋体5とで半導
体素子2を収容する容器が構成されるとともに、入出力
端子4が取付部3aに嵌着されている。
In FIG. 1, 1 is a base, 1a is a mounting portion of a semiconductor element 2, 2 is a semiconductor element such as an IC, LSI, or FET, 3 is a frame, 3a is an input / output terminal provided on the frame 3. 4
This is the mounting part. A container for accommodating the semiconductor element 2 is mainly constituted by the base 1, the frame 3, and the lid 5, and the input / output terminals 4 are fitted to the mounting portion 3a.

【0023】また、図2において、1bは炭素質母材、
1cは一方向性の炭素繊維の集合体、1dは銅、Aは炭
素質母材1bに炭素繊維の集合体1cと銅1dとを分散
させてなる基材、6は基材Aの上下面に形成された鉄ま
たはステンレススチールからなる接着層、7は接着層6
上に形成された銅層、Bは接着層6と銅層7とが積層さ
れてなる金属層、8は基材Aの金属層Bおよびその残部
の側面に被着された銅メッキ層である。
In FIG. 2, 1b is a carbonaceous base material,
1c is a unidirectional aggregate of carbon fibers, 1d is copper, A is a base material obtained by dispersing an aggregate 1c of carbon fibers and copper 1d in a carbonaceous base material 1b, and 6 is upper and lower surfaces of the base material A. 7 is an adhesive layer made of iron or stainless steel, 7 is an adhesive layer 6
A copper layer formed on the upper surface, B is a metal layer formed by laminating the adhesive layer 6 and the copper layer 7, and 8 is a copper plating layer applied to the metal layer B of the base material A and the remaining side surfaces thereof. .

【0024】図2に示すように、基材Aは、一方向性の
炭素繊維からなる集合体1cと銅1dとが炭素質母材1
b内に分散されたものである。このような基材Aは例え
ば以下の工程[1]〜[7]のようにして作製される。
As shown in FIG. 2, the base material A is composed of an aggregate 1c made of unidirectional carbon fibers and copper 1d formed of a carbonaceous base material 1.
b. Such a substrate A is produced, for example, as in the following steps [1] to [7].

【0025】[1]一方向性の炭素繊維の束を炭素で結
合した板状の塊を一方向性の炭素繊維からなる小さな集
合体に破砕し、破砕された集合体を集めて固体のピッチ
あるいはコークス等の微粉末を分散させたフェノール樹
脂等の熱硬化性樹脂の溶液中に浸す。なお、板状の塊を
破砕して得られる集合体の大きさは、その形状を例えば
略立方体としてみた場合一辺が約0.1〜1mm程度で
ある。
[1] A plate-like mass obtained by binding unidirectional carbon fiber bundles with carbon is crushed into small aggregates made of unidirectional carbon fibers, and the crushed aggregates are collected to form a solid pitch. Alternatively, it is immersed in a solution of a thermosetting resin such as a phenol resin in which fine powder such as coke is dispersed. The size of an aggregate obtained by crushing a plate-like mass is about 0.1 to 1 mm on one side when the shape is viewed as, for example, a substantially cubic.

【0026】[2]次に、これを乾燥させて所定の圧力
を加えるとともに加熱して熱硬化性樹脂部分を硬化させ
板状の塊を得る。
[2] Next, this is dried, and a predetermined pressure is applied and heated to cure the thermosetting resin portion to obtain a plate-shaped mass.

【0027】[3]これを不活性雰囲気中、高温で焼成
することでフェノール樹脂とピッチあるいはコークスの
微粉末を炭化させて炭素質母材1bとする。炭素質母材
1bは、それ自体200〜300W/m・Kの大きな熱
伝導率を有し、半導体素子2が発する熱の伝熱媒体とし
ても機能する。
[3] This is fired at a high temperature in an inert atmosphere to carbonize the fine powder of phenol resin and pitch or coke to obtain a carbonaceous base material 1b. The carbonaceous base material 1b itself has a large thermal conductivity of 200 to 300 W / m · K, and also functions as a heat transfer medium for the heat generated by the semiconductor element 2.

【0028】[4]炭素質母材1b内に熱伝導率が35
0W/m・K以上の金属、本例ではCuを高温、高圧の
もとで溶融させて含浸させる。含浸されたCuは銅塊と
なって炭素質母材1b内に分散される。含浸させる金属
は熱伝導率が350W/m・Kを超えるものであり、C
u以外に銀(Ag)、アルミニウム(Al)、ニッケル
(Ni)、マグネシウム(Mg)等がよい。なお、A
l,Ni,Mgはいずれも熱伝導率がCuやAgに比べ
ると小さいため、含浸させる金属としてはCu,Agが
好ましい。
[4] The thermal conductivity is 35 in the carbonaceous base material 1b.
A metal of 0 W / m · K or more, in this example, Cu, is melted and impregnated under high temperature and high pressure. The impregnated Cu is dispersed as a copper lump in the carbonaceous base material 1b. The metal to be impregnated has a thermal conductivity exceeding 350 W / m · K,
In addition to u, silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), magnesium (Mg) and the like are preferable. Note that A
Since l, Ni, and Mg all have a smaller thermal conductivity than Cu and Ag, Cu and Ag are preferable as the metal to be impregnated.

【0029】[5]次いで、炭素質母材1b内に炭素繊
維およびCu等の金属を分散させた塊を板状に切り出し
て基材Aとなる板を作製する。板の寸法は、例えば厚さ
が0.5〜2mm程度、縦横の寸法が100mm程度で
ある。
[5] Next, a lump in which carbon fibers and a metal such as Cu are dispersed in the carbonaceous preform 1b is cut into a plate shape to prepare a plate to be the base material A. The dimensions of the plate are, for example, about 0.5 to 2 mm in thickness and about 100 mm in vertical and horizontal dimensions.

【0030】[6]さらに、この板を所望の形状に加工
して基材Aを作製し、基材Aの上下面に、基材A側から
鉄またはステンレススチールから成る接着層6、銅層7
を積層させた金属層Bを形成する。
[6] Further, this plate is processed into a desired shape to produce a substrate A, and an adhesive layer 6 made of iron or stainless steel and a copper layer are formed on the upper and lower surfaces of the substrate A from the substrate A side. 7
Are formed to form a metal layer B.

【0031】[7]次いで、基材Aの全面に銅メッキ層
8を被着する。
[7] Next, a copper plating layer 8 is applied to the entire surface of the substrate A.

【0032】基材Aは、その熱膨張係数は含浸される金
属の性質や量によって異なるが、例えば銅が分散されて
いると8〜10ppm/℃となり、また銅が分散されて
いることによって基材Aのネジ止め時の潰れが大きく軽
減される。よって、半導体パッケージを外部装置にネジ
で締め付けることにより密着固定する場合に強固に締め
付けることができる。
The thermal expansion coefficient of the base material A varies depending on the nature and amount of the metal to be impregnated. For example, when copper is dispersed, it becomes 8 to 10 ppm / ° C. The collapse of the material A at the time of screwing is greatly reduced. Therefore, when the semiconductor package is tightly fixed to the external device by screwing it to the external device, the semiconductor package can be firmly tightened.

【0033】基体1は、図2に示すように、基材Aの上
下面に、鉄またはステンレススチールからなる接着層6
および銅層7を積層して成る2層構造の金属層Bが形成
されている。銅層7は、半導体素子2が発する熱を横方
向に伝達する伝熱媒体ともなる。そして、枠体3の下面
に、基体1の上面の金属層Bを半田や銀ロウ等のロウ材
を介してロウ付けすることにより、基体1が枠体3の下
面に取着される。
As shown in FIG. 2, the substrate 1 has an adhesive layer 6 made of iron or stainless steel on the upper and lower surfaces of the substrate A.
And a metal layer B having a two-layer structure formed by laminating a copper layer 7. The copper layer 7 also serves as a heat transfer medium that transfers the heat generated by the semiconductor element 2 in the lateral direction. Then, the base 1 is attached to the lower surface of the frame 3 by brazing the metal layer B on the upper surface of the base 1 to the lower surface of the base 3 via a brazing material such as solder or silver brazing.

【0034】また、基材Aの上下面に接着層6と銅層7
とから成る金属層Bが形成されていることから、基材A
が表面に気孔が存在する多孔質であるとしても、その気
孔は金属層Bによって完全に塞がれる。その結果、半導
体パッケージ内部の気密封止の信頼性が高いものとな
る。また、容器内部に半導体素子2を収容し半導体装置
となした後、ヘリウムを使用して半導体装置の気密検査
をする場合、ヘリウムの一部が基材Aの気孔内にトラッ
プされることが有効に防止され、半導体装置の気密封止
の検査が正確に行なえる。
The adhesive layer 6 and the copper layer 7 are
Since the metal layer B consisting of
Is porous with pores on the surface, but the pores are completely closed by the metal layer B. As a result, the reliability of hermetic sealing inside the semiconductor package is high. When the semiconductor device 2 is housed in a container to form a semiconductor device, and then the semiconductor device is hermetically sealed using helium, it is effective that part of helium is trapped in the pores of the base material A. And the inspection of the hermetic sealing of the semiconductor device can be performed accurately.

【0035】本発明において、接着層6を予め基材Aに
形成するのは、炭素と接合しにくい銅層7を接着層6を
介して基材Aに被着させるためであり、このとき鉄原子
と炭素原子とが高温のもとで相互拡散し大きな接合強度
が得られる。また基材Aの表面に一部表れている銅1d
に対してもアンカー効果による物理的な接合強度が得ら
れる。
In the present invention, the reason why the adhesive layer 6 is formed on the substrate A in advance is to adhere the copper layer 7 that is difficult to bond with carbon to the substrate A via the adhesive layer 6. The atoms and carbon atoms interdiffuse at a high temperature to obtain a large bonding strength. Copper 1d partially appearing on the surface of the substrate A
, A physical bonding strength can be obtained by the anchor effect.

【0036】また、基体1は銅メッキ層8で被覆してお
くと、側面の銅メッキ層8が側面に伝達した熱を下面へ
と導く伝熱媒体となるとともに、枠体3の取付部3aに
入出力端子4を嵌入しロウ材で接合する際に、ロウ材の
濡れ性が向上するという機能も有している。銅メッキ層
8の厚さは、0.5μm未満であるとロウ材の濡れ性が
低下し易く、また伝熱媒体として有効に機能しなくな
る。銅メッキ層8の厚さが5μmを超えると、銅メッキ
層8を形成する際に炭素質母材1bと銅メッキ層8との
間に大きな応力が発生し内在することとなる。この内在
した応力によって、銅メッキ層8が剥離しやすくなるこ
とから、銅メッキ層8の厚さは0.5〜5μmの範囲と
しておくことが好ましい。
When the substrate 1 is covered with the copper plating layer 8, the copper plating layer 8 on the side surface serves as a heat transfer medium for guiding the heat transmitted to the side surface to the lower surface, and the mounting portion 3 a of the frame body 3. Also, when the input / output terminal 4 is fitted into and joined with a brazing material, the wettability of the brazing material is improved. If the thickness of the copper plating layer 8 is less than 0.5 μm, the wettability of the brazing material tends to decrease, and the copper plating layer 8 does not function effectively as a heat transfer medium. If the thickness of the copper plating layer 8 exceeds 5 μm, a large stress will be generated between the carbonaceous base material 1b and the copper plating layer 8 when the copper plating layer 8 is formed, and the copper plating layer 8 will be present inside. It is preferable that the thickness of the copper plating layer 8 be in the range of 0.5 to 5 μm, since the copper plating layer 8 is easily peeled off due to the inherent stress.

【0037】また、本発明において、金属層Bを接着層
6と銅層7の2つの層で形成するのは、接着層6を介し
て銅層7を形成することにより、基材Aの熱膨張係数を
Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金からなる枠体3
の熱膨張係数10〜13ppm/℃(室温〜800℃)
に近づけるためである。
In the present invention, the metal layer B is formed of the two layers of the adhesive layer 6 and the copper layer 7 by forming the copper layer 7 with the adhesive layer 6 interposed therebetween. Frame 3 made of Fe-Ni-Co alloy or Fe-Ni alloy with an expansion coefficient of
Coefficient of thermal expansion of 10 to 13 ppm / ° C (room temperature to 800 ° C)
In order to approach.

【0038】そして、接着層6の厚さは5〜30μm、
銅層7の厚さは5〜30μmとすることが好ましい。接
着層6の厚さが5μm未満では、銅層7を形成する際の
接着層としての機能を果たさなくなる。また、接着層6
の厚さが30μm以上では、接着層6と基材Aとの熱膨
張係数の差によって発生する熱応力によって、基材Aの
表面から接着層6が剥れることがあり、基材Aとの密着
性が劣化する。
The thickness of the adhesive layer 6 is 5 to 30 μm,
The thickness of the copper layer 7 is preferably 5 to 30 μm. If the thickness of the adhesive layer 6 is less than 5 μm, the function as the adhesive layer when forming the copper layer 7 will not be achieved. The adhesive layer 6
If the thickness of the adhesive layer 6 is 30 μm or more, the adhesive layer 6 may be separated from the surface of the base material A due to thermal stress generated by a difference in thermal expansion coefficient between the adhesive layer 6 and the base material A. Adhesion deteriorates.

【0039】また、銅層7の厚さを5μm未満にする
と、基体1の熱膨張係数が小さくなり、基体1にFe−
Ni−Co合金やFe−Ni合金からなる枠体3をロウ
材で接合した場合に、それらの熱膨張率の差によってロ
ウ材にクラックが発生し易くなる。また、銅層7の厚さ
が30μm以上では、基材Aの熱膨張係数が大きくなり
過ぎ、枠体3を基体1の上面にロウ材で接合する際にロ
ウ材にクラックが発生し易くなる。
When the thickness of the copper layer 7 is less than 5 μm, the coefficient of thermal expansion of the substrate 1 decreases, and
When the frame 3 made of a Ni-Co alloy or an Fe-Ni alloy is joined with a brazing material, cracks are easily generated in the brazing material due to a difference in the coefficient of thermal expansion between them. When the thickness of the copper layer 7 is 30 μm or more, the thermal expansion coefficient of the base material A becomes too large, and cracks are easily generated in the brazing material when the frame 3 is joined to the upper surface of the base 1 with the brazing material. .

【0040】以上のことから、基材Aの上下面に上記範
囲内の厚さを有する、鉄またはステンレススチールから
なる接着層6と銅層7とを積層した金属層Bが形成され
た基体1は、鉄の熱膨張係数が約14ppm/℃(室温
〜800℃)、ステンレススチールの熱膨張係数が11
〜15ppm/℃(室温〜800℃)、銅の熱膨張係数
が約19ppm/℃(室温〜800℃)であり、基材A
の熱膨張係数が8〜10ppm/℃(室温〜800℃)
であることから、基体1の熱膨張係数は10〜13pp
m/℃(室温〜800℃)となる。
From the above, the base 1 having the metal layer B formed by laminating the adhesive layer 6 made of iron or stainless steel and the copper layer 7 having the thickness within the above range on the upper and lower surfaces of the base A. Indicates that iron has a thermal expansion coefficient of about 14 ppm / ° C. (room temperature to 800 ° C.) and stainless steel has a thermal expansion coefficient of 11
-15 ppm / ° C (room temperature-800 ° C), the coefficient of thermal expansion of copper is about 19 ppm / ° C (room temperature-800 ° C),
Has a thermal expansion coefficient of 8 to 10 ppm / ° C (room temperature to 800 ° C)
Therefore, the coefficient of thermal expansion of the substrate 1 is 10 to 13 pp
m / ° C. (room temperature to 800 ° C.).

【0041】これにより、基体1を枠体3の下面に取着
させた後、基体1および枠体3に対して半導体素子2が
動作時に発生する熱が加わったとしても、基体1と枠体
3との間には両者の熱膨張係数の差に起因する熱応力が
ほとんど発生することはなくなる。また、熱応力が発生
しても、基体1の弾性率が小さいことから、基体1がそ
の熱応力を吸収し、その結果、基体1は枠体3に強固に
接合し、かつ半導体素子2の作動時に発生する熱を大気
中に良好に発散させ得る。また、半導体素子2と基体1
との間に発生する熱応力は、基体1がその熱応力を吸収
するように変形し、半導体素子2と基体1との間では熱
応力が大きく発生することが無い。従って、容器内部に
収容する半導体素子2を長期間に亘り、正常かつ安定に
作動させることができる。
Thus, after the base 1 is attached to the lower surface of the frame 3, even if heat generated during operation of the semiconductor element 2 is applied to the base 1 and the frame 3, the base 1 and the frame 3 The thermal stress due to the difference between the two thermal expansion coefficients hardly occurs between them. Even when thermal stress is generated, the base 1 absorbs the thermal stress because the elastic modulus of the base 1 is small. As a result, the base 1 is firmly joined to the frame 3 and the semiconductor element 2 The heat generated during operation can be well diffused into the atmosphere. Further, the semiconductor element 2 and the base 1
Is deformed so that the substrate 1 absorbs the thermal stress, and no large thermal stress is generated between the semiconductor element 2 and the substrate 1. Therefore, the semiconductor element 2 housed in the container can be normally and stably operated for a long time.

【0042】なお、金属層Bは基材Aの上下面に拡散接
合させることによって被着されており、具体的には、基
材Aの上下面に厚さが例えば約5μmの鉄箔またはステ
ンレススチール箔と、厚さが例えば約20μmの銅箔と
を順次載置し、次に真空ホットプレスで5MPa(メガ
パスカル)の圧力をかけつつ1200℃の温度を1時間
加えることによって被着される。
The metal layer B is applied by diffusion bonding to the upper and lower surfaces of the substrate A. Specifically, the metal layer B is, for example, an iron foil or stainless steel having a thickness of about 5 μm on the upper and lower surfaces of the substrate A. A steel foil and a copper foil having a thickness of, for example, about 20 μm are sequentially placed and then applied by applying a temperature of 1200 ° C. for 1 hour while applying a pressure of 5 MPa (megapascal) by a vacuum hot press. .

【0043】基材Aの上下面に金属層Bを形成し、さら
に銅メッキ層8を被着した基体1は、上面側から下面側
にかけて350〜400W/m・Kの熱伝導率が得ら
れ、また半導体素子2の載置部1aの載置面に平行な方
向については200〜250W/m・Kの熱伝導率が得
られる。その結果、基体1は、その上に載置された半導
体素子2が発する熱をランダムな方向に効率よく伝達さ
せることができる。従って、基体1の下面の全面から熱
が放散されるとともに、基体1の側面に伝達した熱も銅
メッキ層8を伝わり基体1の下面の全面から外部に効率
よく放散されることとなる。
The substrate 1 on which the metal layer B is formed on the upper and lower surfaces of the substrate A and the copper plating layer 8 is further applied has a thermal conductivity of 350 to 400 W / m · K from the upper surface to the lower surface. In the direction parallel to the mounting surface of the mounting portion 1a of the semiconductor element 2, a thermal conductivity of 200 to 250 W / m · K is obtained. As a result, the base 1 can efficiently transmit the heat generated by the semiconductor element 2 mounted thereon in a random direction. Therefore, the heat is dissipated from the entire lower surface of the base 1, and the heat transmitted to the side surfaces of the base 1 is also efficiently transmitted to the outside from the entire lower surface of the base 1 through the copper plating layer 8.

【0044】半導体素子2の載置面(接合面)に平行な
方向の熱伝導率を測定すると、200〜250W/m・
Kであり、図3に示すような炭素繊維を炭素で結合した
一方向性複合材料109を用いたものと比較して7〜8
倍と大きくなっていることが明らかになった。すなわ
ち、半導体素子2が発する熱は、熱電冷却素子(図1に
は図示せず)を介して、基体1に伝達され、次いでこの
基体1の上面側から下面側にかけて基体1内の様々な方
向の伝熱経路によって効率よく伝わり、さらに外部装置
を介して空気中に放散される。
When the thermal conductivity in the direction parallel to the mounting surface (joining surface) of the semiconductor element 2 is measured, it is 200 to 250 W / m ·
K, which is 7 to 8 compared to the one using the unidirectional composite material 109 in which carbon fibers are bonded with carbon as shown in FIG.
It became clear that it was twice as large. That is, the heat generated by the semiconductor element 2 is transmitted to the base 1 via a thermoelectric cooling element (not shown in FIG. 1), and then in various directions in the base 1 from the upper surface side to the lower surface side of the base 1. The heat is efficiently transmitted by the heat transfer path, and is further radiated into the air via an external device.

【0045】また、炭素質母材1bに銅1dを含浸させ
ると、基材Aの密度は3〜4g/cm3となり、銅1d
を含浸させていない基材Aの密度(約2g/cm3)に
比べると大きいが、従来から一般的に用いられているC
u−W合金に比べて1/3〜1/5程度であり、極めて
軽量である。従って、近時の小型軽量化が進む電子装置
へ実装する際に有利なものとなる。
When the carbonaceous base material 1b is impregnated with copper 1d, the density of the base material A becomes 3 to 4 g / cm 3 ,
Is larger than the density (about 2 g / cm 3 ) of the substrate A which is not impregnated with
It is about 1/3 to 1/5 of the u-W alloy, and is extremely light. Therefore, it is advantageous when mounted on an electronic device that is recently becoming smaller and lighter.

【0046】更に、炭素質母材1bを用いた基体1は、
その弾性率がFe−Ni−Co合金等の金属に比べて小
さいことから、基体1と枠体3との間に熱膨張係数の差
があったとしても、これらの両者間に発生する熱応力は
基体1が適度に変形することによって吸収される。その
結果、基体1と枠体3、および基体1と半導体素子2と
は強固に接合し、半導体素子2が発する熱を常に大気中
に効率よく放散させることができるとともに、半導体素
子2を長期間に亘って正常かつ安定に作動させることが
できる。
Further, the substrate 1 using the carbonaceous base material 1b is
Since its elastic modulus is smaller than that of a metal such as an Fe—Ni—Co alloy, even if there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the base 1 and the frame 3, the thermal stress generated between the base 1 and the frame 3. Is absorbed by the substrate 1 being appropriately deformed. As a result, the base 1 and the frame 3 and the base 1 and the semiconductor element 2 are firmly joined, and the heat generated by the semiconductor element 2 can always be efficiently dissipated into the atmosphere. Can be operated normally and stably.

【0047】また、炭素質母材1bの上下面に金属層B
を被着させた基体1には、基材Aとその上面の金属層B
との間、および基材Aとその下面の金属層Bとの間に、
基材Aと金属層Bとの熱膨張係数差に起因する熱応力が
発生しても、それぞれの熱応力はそれらの方向が上下面
で同方向、かつほぼ同等となることから、基体1は基材
Aと金属層Bとの間に発生する熱応力によって変形する
ことはなく、常に平坦となる。これにより、枠体3の下
面に基体1を強固に接合させることが可能になるととも
に、半導体素子2が作動時に発する熱を基体1を介して
大気中に効率よく放散させることが可能になる。
The metal layer B is formed on the upper and lower surfaces of the carbonaceous base material 1b.
A substrate A and a metal layer B on the upper surface
And between the substrate A and the metal layer B on the lower surface thereof,
Even if a thermal stress due to a difference in thermal expansion coefficient between the base material A and the metal layer B occurs, the respective thermal stresses are in the same direction on the upper and lower surfaces, and are substantially equal. It is not deformed by the thermal stress generated between the base material A and the metal layer B, and is always flat. Thereby, the base 1 can be firmly joined to the lower surface of the frame 3, and the heat generated during operation of the semiconductor element 2 can be efficiently radiated into the atmosphere via the base 1.

【0048】本発明の枠体3は、基体1の上面の外周部
に載置部1aを囲繞するようにしてロウ材、ガラスまた
は樹脂等の接着剤を介して取着されており、基体1と枠
体3とで半導体素子2を収容する為の空所が内部に形成
される。
The frame 3 of the present invention is attached to the outer periphery of the upper surface of the base 1 so as to surround the mounting portion 1a via an adhesive such as brazing material, glass or resin. A space for accommodating the semiconductor element 2 is formed inside the frame body 3.

【0049】枠体3はFe−Ni−Co合金やFe−N
i合金からなり、例えば、Fe−Ni−Co合金のイン
ゴット(塊)に従来周知のプレス成型法等の金属加工法
により所定の枠状に成型することによって製作される。
The frame 3 is made of Fe—Ni—Co alloy or Fe—N
It is made of, for example, an i-alloy, and is manufactured by molding into an ingot (lump) of a Fe—Ni—Co alloy into a predetermined frame shape by a conventionally known metal working method such as a press forming method.

【0050】Fe−Ni−Co合金またはFe−Ni合
金からなる枠体3は、その熱膨張係数が10〜13pp
m/℃(室温〜800℃)であり、基体1の熱膨張係数
10〜13ppm/℃とほとんど同じである。よって、
基体1と枠体3との間に発生する熱応力は小さく、また
基体1の弾性率がFe−Ni−Co合金等の金属に比べ
て小さいことから、熱応力が発生したとしてもその熱応
力は基体1の適度の変形によって吸収される。従って、
枠体3と基体1とを接合するロウ材にクラック等の不具
合が発生することや、基体1に反りが発生すること等が
解消できる。
The frame 3 made of an Fe—Ni—Co alloy or an Fe—Ni alloy has a thermal expansion coefficient of 10 to 13 pp.
m / ° C. (room temperature to 800 ° C.), which is almost the same as the coefficient of thermal expansion of the substrate 1 of 10 to 13 ppm / ° C. Therefore,
The thermal stress generated between the base 1 and the frame 3 is small, and the elastic modulus of the base 1 is smaller than that of a metal such as an Fe—Ni—Co alloy. Is absorbed by moderate deformation of the substrate 1. Therefore,
Problems such as cracks in the brazing material joining the frame 3 and the base 1 and occurrence of warpage in the base 1 can be solved.

【0051】また枠体3は、その側部に貫通孔または切
欠部からなる取付部3aが形成されており、取付部3a
には、枠体3の内側から外側にかけて導出する複数のメ
タライズ配線層9が形成された入出力端子4が嵌着され
ている。入出力端子4は、メタライズ配線層9を枠体3
に対し電気的絶縁をもって枠体3の内側から外側にかけ
て配設する作用をなし、酸化アルミニウム(Al23
質焼結体などの電気絶縁材料からなる。そして、取付部
3aの内面に対向する入出力端子4の側面に予めメタラ
イズ層を被着させておき、このメタライズ層を取付部3
aの内面に銀ロウなどのロウ材を介して接合することに
よって、取付部3aに入出力端子4が嵌着される。
The frame 3 has a mounting portion 3a formed of a through hole or a cutout on a side portion thereof.
Is fitted with an input / output terminal 4 on which a plurality of metallized wiring layers 9 extending from the inside to the outside of the frame 3 are formed. The input / output terminal 4 is formed by connecting the metallized wiring layer 9 to the frame 3.
To the inside of the frame body 3 with electrical insulation from the inside to the outside, and aluminum oxide (Al 2 O 3 )
It is made of an electrically insulating material such as a porous sintered body. Then, a metallized layer is previously applied to the side surface of the input / output terminal 4 facing the inner surface of the mounting portion 3a.
The input / output terminal 4 is fitted to the mounting portion 3a by joining to the inner surface of a through a brazing material such as silver brazing.

【0052】また、入出力端子4の電気絶縁材料からな
る本体部分は以下のようにして作製される。まず、例え
ばAl23、酸化珪素(SiO2)、酸化マグネシウム
(MgO)、酸化カルシウム(CaO)などの原料粉末
に適当なバインダー、溶剤等を添加混合してスラリーと
なす。このスラリーをドクターブレード法やカレンダー
ロール法を採用することによってセラミックグリーンシ
ートとし、次いでセラミックグリーンシートに適当な打
ち抜き加工を施すとともにメタライズ配線層9となる金
属層を形成する。このセラミックグリーンシートを複数
枚積層し、約1600℃の温度で焼成することによっ
て、入出力端子4の本体部分が作製される。
The main body of the input / output terminal 4 made of an electrically insulating material is manufactured as follows. First, an appropriate binder, a solvent, and the like are added to, for example, a raw material powder such as Al 2 O 3 , silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), and calcium oxide (CaO) to form a slurry. The slurry is formed into a ceramic green sheet by employing a doctor blade method or a calender roll method. Then, the ceramic green sheet is subjected to an appropriate punching process and a metal layer serving as a metallized wiring layer 9 is formed. By laminating a plurality of the ceramic green sheets and firing at a temperature of about 1600 ° C., the main body of the input / output terminal 4 is manufactured.

【0053】さらに入出力端子4は、枠体3の内側から
外側にかけて導出する複数のメタライズ配線層9が、セ
ラミック積層体である本体部分に埋設されるように形成
されている。また、メタライズ配線層9の枠体3の内側
に位置する部位には、半導体素子2の各電極がボンディ
ングワイヤ10を介して電気的に接続される。メタライ
ズ配線層9の枠体3の外側に位置する部位には、外部装
置と接続される外部リード端子11が銀ロウなどのロウ
材を介して取着されている。
Further, the input / output terminal 4 is formed such that a plurality of metallized wiring layers 9 extending from the inside to the outside of the frame 3 are buried in the main body portion which is a ceramic laminate. Each electrode of the semiconductor element 2 is electrically connected to a portion of the metallized wiring layer 9 located inside the frame 3 via a bonding wire 10. An external lead terminal 11 connected to an external device is attached to a portion of the metallized wiring layer 9 located outside the frame 3 via a brazing material such as silver brazing.

【0054】メタライズ配線層9は半導体素子2の各電
極を外部装置に接続するための導電路として作用し、タ
ングステン(W)、モリブデン(Mo)、マンガン(M
n)などの高融点金属粉末により形成されている。そし
て、メタライズ配線層9は、W、Mo、Mnなどの高融
点金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤などを添加混
合して得たペーストを、入出力端子4となるセラミック
グリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法によ
り所定パターンに印刷塗布し、焼成することによって入
出力端子4に形成される。
The metallized wiring layer 9 functions as a conductive path for connecting each electrode of the semiconductor element 2 to an external device, and includes tungsten (W), molybdenum (Mo), manganese (M
n) and the like and high melting point metal powder. The metallized wiring layer 9 is formed by adding a paste obtained by adding a suitable organic binder, a solvent, and the like to a high melting point metal powder such as W, Mo, and Mn to a ceramic green sheet serving as the input / output terminal 4 in advance. Is formed on the input / output terminal 4 by printing and applying a predetermined pattern by the screen printing method described above and baking it.

【0055】なお、メタライズ配線層9は、その露出す
る表面にNi、金(Au)などの耐食性に優れ、かつロ
ウ材との濡れ性に優れる金属を1〜20μmの厚さでメ
ッキ法により被着させておくと、メタライズ配線層9の
酸化腐食を有効に防止することができる。また、メタラ
イズ配線層9への外部リード端子11のロウ付けを強固
にすることができる。従って、メタライズ配線層9は、
その露出する表面にNi、Auなどの耐食性に優れる金
属を1〜20μmの厚さに被着させておくことが好まし
い。
The metallized wiring layer 9 is coated on its exposed surface with a metal having excellent corrosion resistance such as Ni or gold (Au) and excellent wettability with a brazing material in a thickness of 1 to 20 μm by plating. If the metallized wiring layer 9 is attached, oxidation corrosion of the metallized wiring layer 9 can be effectively prevented. Further, the brazing of the external lead terminals 11 to the metallized wiring layer 9 can be strengthened. Therefore, the metallized wiring layer 9
Preferably, a metal having excellent corrosion resistance, such as Ni or Au, is applied to the exposed surface to a thickness of 1 to 20 μm.

【0056】また、メタライズ配線層9には外部リード
端子11が銀ロウなどのロウ材を介してロウ付け取着さ
れており、外部リード端子11は容器内部に収容する半
導体素子2の各電極を外部装置に電気的に接続する作用
をなす。外部リード端子11を外部装置に接続すること
によって、容器の内部に収容される半導体素子2はメタ
ライズ配線層9および外部リード端子11を介して外部
装置に電気的に接続されることになる。
External lead terminals 11 are brazed to the metallized wiring layer 9 via a brazing material such as silver brazing, and the external lead terminals 11 connect the respective electrodes of the semiconductor element 2 housed inside the container. It functions to electrically connect to an external device. By connecting the external lead terminal 11 to an external device, the semiconductor element 2 accommodated in the container is electrically connected to the external device via the metallized wiring layer 9 and the external lead terminal 11.

【0057】外部リード端子11は、Fe−Ni−Co
合金やFe−Ni合金等などの金属材料からなり、例え
ばFe−Ni−Co合金のインゴット(塊)に圧延加工
法や打ち抜き加工法などの従来周知の金属加工法を施す
ことによって所定の形状に形成される。
The external lead terminals 11 are made of Fe—Ni—Co
Alloy or a metal material such as an Fe-Ni alloy, and is formed into a predetermined shape by subjecting an ingot of the Fe-Ni-Co alloy to a conventionally known metal processing method such as a rolling method or a punching method. It is formed.

【0058】かくして、本発明の半導体パッケージによ
れば、基体1の載置部1a上に半導体素子2をガラス、
樹脂、ロウ材などの接着剤を介して接着固定するととも
に、半導体素子2の各電極をボンディングワイヤ10を
介して所定のメタライズ配線層9に接続させ、しかる
後、枠体3の上面に蓋体5をガラス、樹脂、ロウ材など
からなる封止材を介して接合させ、基体1、枠体3およ
び蓋体5とからなる容器内部に半導体素子2を気密に収
容することによって製品としての半導体装置となる。
Thus, according to the semiconductor package of the present invention, the semiconductor element 2 is made of glass,
The electrodes of the semiconductor element 2 are connected to predetermined metallized wiring layers 9 via bonding wires 10 while being bonded and fixed via an adhesive such as a resin or a brazing material. 5 is bonded via a sealing material made of glass, resin, brazing material, or the like, and the semiconductor element 2 is hermetically housed in a container including the base 1, the frame 3, and the lid 5 to thereby provide a semiconductor as a product. Device.

【0059】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれ
ば種々の変更は可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明は、上面に半導体素子が載置され
る載置部を有する基体が、炭素質母材内に分散された炭
素繊維および熱伝導率が350W/m・K以上の金属か
ら成る金属炭素複合体を基材とし、基材の上下面に基材
側から鉄またはステンレススチールから成る接着層およ
び銅層を積層した金属層が形成され、さらに基材の金属
層およびその残部に銅メッキ層が被着されていることか
ら、半導体素子が作動時に発した熱は基体の上面側から
下面側へとランダムな経路で伝達し、また基体の側面に
伝達した熱を銅メッキ層により下面側へと伝達すること
により、大量の熱を効率よく基体の下面側へと伝達する
ことが可能となる。その結果、半導体素子は常に適温と
なって、半導体素子を長期間に亘り正常かつ安定に作動
させることが可能になる。
According to the present invention, a base having a mounting portion on which a semiconductor element is mounted on a top surface is made of a carbon fiber dispersed in a carbonaceous matrix and a metal having a thermal conductivity of 350 W / m · K or more. A metal layer is formed by laminating an adhesive layer made of iron or stainless steel and a copper layer on the upper and lower surfaces of the substrate from the substrate side on the upper and lower surfaces of the substrate, and the metal layer of the substrate and the rest thereof Since the copper plating layer is applied to the substrate, heat generated during operation of the semiconductor element is transmitted from the upper surface of the substrate to the lower surface in a random path, and the heat transmitted to the side surface of the substrate is transferred to the copper plating layer. By transmitting the heat to the lower surface side, a large amount of heat can be efficiently transmitted to the lower surface side of the base. As a result, the temperature of the semiconductor element is always kept at an appropriate temperature, and the semiconductor element can operate normally and stably for a long period of time.

【0061】また、炭素質母材内に一方向性の炭素繊維
の集合体および金属を分散させて基材となし、その上下
面に接着層と銅層の2層構造を有する金属層を拡散接合
により被着形成し、さらに銅メッキ層を被着させて成る
基体としたことにより、基体の弾性率を小さくすること
ができる。その結果、基体の熱膨張係数と、鉄−ニッケ
ル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金などの金属材料か
らなる枠体の熱膨張係数との間に差があり、基体および
枠体に熱が加わって基体と枠体間に熱応力が発生して
も、基体が適度に変形して熱応力を吸収し得る。
A unidirectional aggregate of carbon fibers and a metal are dispersed in a carbonaceous matrix to form a base material, and a metal layer having a two-layer structure of an adhesive layer and a copper layer is diffused on the upper and lower surfaces thereof. By forming the base by bonding and then further applying a copper plating layer, the elastic modulus of the base can be reduced. As a result, there is a difference between the coefficient of thermal expansion of the base and the coefficient of thermal expansion of a frame made of a metal material such as an iron-nickel-cobalt alloy or an iron-nickel alloy, and heat is applied to the base and the frame. Even if thermal stress occurs between the base and the frame, the base can be appropriately deformed and absorb the thermal stress.

【0062】さらに、基材は熱伝導率が350W/m・
K以上の金属が炭素質母材に分散されているので、この
金属が外部応力に対して基材の形状を保持することので
きる圧縮強度を付与する。例えば、基体の端部のネジ止
め部を外部装置等にネジ止めする際に、押圧力や圧縮応
力が基体の表面に加わった場合、基体が押圧力や圧縮応
力に対して潰れ難くなる。よって、マザーボードなどの
外部装置にネジ止めする際に、基体が厚さ方向に潰れる
といった不具合が解消するという効果を奏する。
Further, the substrate has a thermal conductivity of 350 W / m ·
Since the metal of K or more is dispersed in the carbonaceous base material, the metal imparts compressive strength capable of maintaining the shape of the base material against external stress. For example, when a pressing force or a compressive stress is applied to the surface of the base when the screwed portion at the end of the base is screwed to an external device or the like, the base is unlikely to be crushed by the pressing force or the compressive stress. Therefore, when screwing to an external device such as a motherboard, there is an effect that a problem that the base is crushed in the thickness direction is eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体パッケージについて一実施形態
を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a semiconductor package of the present invention.

【図2】図1の半導体パッケージの基体の部分拡大断面
図である。
FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of a base of the semiconductor package of FIG. 1;

【図3】(a)は従来の半導体パッケージの平面図、
(b)は従来の半導体パッケージの断面図、(c)は従
来の半導体パッケージの放熱板の部分拡大断面図であ
る。
FIG. 3A is a plan view of a conventional semiconductor package,
(B) is a cross-sectional view of a conventional semiconductor package, and (c) is a partially enlarged cross-sectional view of a heat sink of the conventional semiconductor package.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基体 1a:載置部 1b:炭素質母材 1c:一方向性の炭素繊維の集合体 1d:銅 2:半導体素子 3:枠体 3a:取付部 6:接着層 7:銅層 8:銅メッキ層 12:ネジ止め部 A:基材 B:金属層 1: Base 1a: Mounting portion 1b: Carbonaceous matrix 1c: Unidirectional aggregate of carbon fibers 1d: Copper 2: Semiconductor element 3: Frame 3a: Attachment portion 6: Adhesive layer 7: Copper layer 8: Copper plating layer 12: Screwed part A: Base material B: Metal layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上面に半導体素子が載置される載置部を
有する基体と、前記載置部を囲繞するようにして取着さ
れるとともに貫通孔または切欠部から成る入出力端子の
取付部を有する枠体と、前記取付部に嵌着された前記入
出力端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにお
いて、前記基体は、炭素質母材内に分散された炭素繊維
および熱伝導率が350W/m・K以上の金属から成る
金属炭素複合体を基材とし、該基材の上下面に前記基材
側から鉄またはステンレススチールから成る接着層およ
び銅層を積層した金属層が形成され、さらに前記基材の
前記金属層およびその残部に銅メッキ層が被着されてい
ることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
An input / output terminal mounting portion attached to a base having a mounting portion on which a semiconductor element is mounted on an upper surface and surrounding the mounting portion and comprising a through hole or a cutout. In the semiconductor device housing package provided with a frame body having the following, and the input / output terminal fitted to the mounting portion, the base is made of carbon fibers dispersed in a carbonaceous matrix and having a thermal conductivity of 350 W. / M · K or more metal as a base material, a metal layer formed by laminating an adhesive layer and a copper layer made of iron or stainless steel from the base material side on the upper and lower surfaces of the base material, A package for accommodating a semiconductor element, wherein a copper plating layer is applied to the metal layer of the base material and the remainder thereof.
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